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Ober8pannungssicherung für elektrische Anlagen.
Die bisher verwendeten Apparate zur Sicherung von elektrischen Anlagen bezweckten entweder die Sicherung gegen exzessiv hohe Überspannungen, die von atmosphärischen Entladungen herrühren, oder gegen zu grosses Anwachsen der Stromstärke.
Die ersteren Apparate weisen eine solche Einrichtung auf, dass sie eben nur zur Sicherung gegen Entladungen von exzessiv hoher Spannung und Frequenz, also ausschliesslich als Blitzsehutzapparate, verwendet werden können, während die Stromsicherungcn in allen Fällen versagen, in denen keine sehr grossen Stromstärken auftreten.
Es gibt aber eine Reihe von Störungen, welche gefährliche Überspannungen in den Anlagen hervorrufen und gegen welche weder die eine noch die andere Sicherung einen wirksamen Schutz gewährt, da einerseits die Spannung zu klein ist, um die Blitzschutzapparate in Tätigkeit zu setzen andererseits die Stromstärke nicht hinreicht, um die Stromsicherungen zu betätigen.
Ein solcher Fall ist z. B. das Abschmelzen einer Stromsicherung selbst, ferner Stromstösse infolge starker Belastungsänderungen, plötzlicher Erdschluss usw.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Apparat, welcher Überspannungen jeder Art bzw. Störungswellen jeder Grösse und Frequenz sicher abzuleiten gestattet und dadurch nicht
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ergänzt bzw. diese sogar in vielen Fällen ersetzt.
Zu diesem Zwecke werden ebenso wie bei den Blitzschutzapparaten Hörnerentlader oder dgl. vorgesehen, von denen ein Flügel mit dem Apparat, der andere mit der Erde verbunden wird.
Während aber das Wesen der Blitzschutzapparate darauf beruht, der Störungswelle, welche eine exzessive Frequenz besitzt, den Weg zu den zu schützenden Einrichtungen durch eim' möglichst hohe Reaktanz des Schutzapparates zu erschweren, gleichzeitig aber vor derselben die Funkenstrecke ahzusweigen, über welche eine Entladng stattfinden kann, werden bei vorliegender Erfindung die Entladungsstrecken nicht vor, sondern von einer Spule mit hoher Selbst-
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Kapazität in Serie geschaltet ist.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, einen Kondensator als Blitzschutzvorrichtung zu verwenden, und zwar indem eine Belegung desselben in die Leitung, die andere an Erde geschaltet wird und die Entladungsflügel je mit einer Belegung verbunden werden. Die Wirkung eines derartigen Apparates beruht auf der Kondensatorwirkung, indem bei der wiederholten Ladung und Entladung des Kondensators hohe Spannungen entstehen, welche sich über die zum Kondensator parallelen Funkenstrecken entladen und zur Erde abgeleitet werden.
Hingegen hat die Kapazität, welche bei vorliegender Erfindung angewendet wird, und welche
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grössere Kapazität keine praktisch brauchbaren Dimensionen erhalten könnte, eine ganz andere Aufgabe.
Durch die Hintereinanderschaltung von Selbstinduktion und Kapazität oder durch die
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knoten). Durch die Reflexion entsteht eine stehende Welle, deren Amplitude bei totaler Reflexion doppelt so gross. ist wie die der ankommenden oder reflektierten allein, und infolgedessen erfolgt an den vorherbestimmten Stellen, an denen sich ein Spannungsbauch benndet, eine sichere Entladung der Störungsenergie.
Er, ist nunmehr klar, dass jede Störungswelle durch geeignete Wahl der Verhältnisse (Kapazität und Selbstinduktion des Apparates) entladen werden kann, und nicht nur Wellen von exzessiv hoher Spannung und Frequenz, wie bei den Blitzschutzapparaten.
Ferner ergibt sich auch, dass je nachdem das eine oder das andere Prinzip mehr zur Geltung kommen soll, zwei Gruppen von Ausführungaformen sich ergeben. Divise sind in den Zeichnungen beispielsweise im Schema und in mehreren Ausführungen dargeste}'lt.
Fig. 1 zeigt das Schema eines Apparates, bei dem Selbstinduktion und Kapazität auf die ganze Apparatlänge verteilt sind. Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch denselben. Fig. 3 du s Schema bei hintereinandergeschalteter Selbstinduktion und Kapazität. Fig. 4 ebenfalls das
Schema einer etwas abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 3. Fig. 5 und 6 zeigen ein Ausführungsbeispiel der in den Fig. 1 und 2 schematisch angedeuteten Einrichtung und die Fig. 7 und 8, 9 und 10 zeigen zwei Ausführungsbeispiele des in Fig. 3 bzw. 4 dargestellten Schemas für gewöhnliche (Fig. 7 und 8) und für sehr hohe Spannungen (Fig. 9 und 10).
In Fig. 1 und 2 bezeichnet a eine auf dem Isolator b aufgewunden Wicklung, welche einer- seits mit der Fernleitung f, andererseits mit der zu den Apparaten führenden Leitung g in Ver- bindung steht. Innerhalb des Isolators befindet sich eine metallische Belegung c, welche zusammen mit der Wicklung einen Kondensator bildet, wodurch die nötige Kapazität erzielt wird. Diese
Belegung ist durch einen Leitungsdraht dl mit der Erde EI verbunden. Von der Wicklung a zweigen mehrere Entladungsflügel oder Hörner e ab, welche mit den korrespondierenden Ent- ladungstlügein e1 zusammen die Funkenstrecke bilden, die in bekannter Weise ausgeblasen wird ; die zweiten Entladungsflügel sind über einen Widerstand h an Erde ss2 gelegt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel (Fig. 5 und 6) sind die Bezeichnungen die gleichen : die eine Belegung a des Kondensators ist aus der Leitung gebildet, die auf dem Porzellankörper b aufgewickelt ist und bildet somit die Selbstinduktion. Zweckmässig werden mehrere derart ge wickelte Spulen hintereinandergeschaltet und auf dem Grundbrett o montiert. Der Leitungsdraht cul zwischen je zwei Spulen ist immer mit einem Entladungsflügel e verbunden, der selbst
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wird. Die inneren Belegungen c des Porzellankörpers sind miteinander und mit der Erde verbunden.
Fig. 3 stellt das Schema einer Anordnung dar, bei welcher Kapazität und Selbstinduktion hintereinandergeschaltet sind. Die Kapazität, besteht aus einem Kondensator k, der mit Ent- ladungsflügeln e, cI in bekannter Weise versehen wird. Dieser Kondensator, dessen eine Belegung C2
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angedeutet, falls eine weitere Leitung vorhanden ist, abermals mit einem Kondensator kl verbunden, um symmetrische Verhältnisse zu erzeugen.
Bei den in den Fig. 7 und 8 sowie 9 und 10 dargestellten Ausführungsformen eines derartigen Apparates weist der Kondensator k die bekannte Form eines Porzellanisolators auf und wird in ebenfalls bekannter Weise mit in einer Schraubenlinie auf demselben stehenden Ent-
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verbunden, die in ähnlicher Weise wie in Fig. 5 und 6 eingerichtet sind, nur fehlt den Spulen die innere Belegung c. Der eine Entladungsflügel wird nicht mit dem Kondensator, sondern mit der Leitung d verbunden.
Die Wirkungsweise des Apparates, welche bereits beschrieben wurde. heruht hei geeigneter Wahl von Kapazität und Selbstinduktion der Spule in Fig. 1 und 2 auf der Verkürzung der Wellenlänge der Uberspannungswelle auf die Apparatlänge oder ein Untervielfaehes derselben. in welchem demnach unbedingt e i n Spannungsbauch zu liegen kommt. Infolgedessen findet bei den Flügeln eine Entladung statt, welche die St"rungs-nergie zur Erde ableitet.
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Bei der in Fig. 3 und 4 schematisch angedeuteten Anordnung beruht die Wirkungsweise teilweise auf dem eben angedeuteten Prinzip, sium grössten Teil jedoch auf der Reflexion im Punkte A, wodurch sich stationäre Wellen bilden, die im Punkte A einen Spannungsbauch aufweisen. Infolge der doppelt so grossen Amplitude derselben tritt auch bei kleineren Störungen eine sichere Ableitung der Energie durch die ntladung8Bügel in A sowie in den übrigen Punkten, wo sich Spannungsbäuehe bilden, ein. Kapazität und Selbstinduktion werden dabei zweckmässig 80 gewählt, dass die Länge der stationären Wellen ebenfalls ein Untervielfaches der Apparatlänge bildet.
Es ist klar, dass die erstere Anordnung dort angewendet wird, wo Störungswellen grösserer Energie auftreten, welche im Falle der Bildung von stationären Wellen mit doppelter Amplitude (totaler Reflexion) zu grosse Überspannungen geben würden, während die zweite Ausführungform für Wellen geringerer Energie verwendet werden kann. Der Apparat kann bei jeder Leitung leicht Verwendung finden und bildet einen Ersatz bzw. eine Ergänzung der bisher verwendeten Sicherungen.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Uberspannungssicherung für elektrische Anlagen, dadurch gekennzeichnet, dass im Apparat eine Kapazität und eine Selbstinduktion von geeigneter Grösse angeordnet sind, welche die von der Überspannung herrührenden elektrischen Wellen in der Länge auf die doppelte Apparatlänge oder ein Untervielfaches derselben verkürzen, so dass innerhalb des Apparates mindestens ein Spannungsbauch der Welle sich befindet, wobei an mehreren Stellen innerhalb des Apparates Hörnerableiter (Entiadungsflügel) angebracht sind, deren einer Teil geerdet ist und über welche die Störungsenergie zur Erde entladen werden kann.